施用生物炭对红壤坡地土壤性质改良效果的试验研究_石芬芬.pdf

江西农业学报 2023，35（01）：9498ActaAgriculturaeJiangxiDOI:10.19386/ki.jxnyxb.2023.01.015施用生物炭对红壤坡地土壤性质改良效果的试验研究石芬芬1，2，莫明浩1，2*，胡 皓1，2，徐燕星3（1.江西省水利科学院，江西 南昌 330029；2.江西省土壤侵蚀与防治重点实验室，江西 南昌 330029；3.江西水利职业学院，江西 南昌 330013）摘 要:选择红壤侵蚀劣地平直坡面、红壤侵蚀劣地竹节沟坡面、红壤坡地果园3种典型坡地土壤，以稻壳生物炭为土壤改良剂，研究了施用生物炭对南方红壤坡地的改良效果。试验结果表明：在侵蚀劣地平直坡面上施用1.0 kg/m2生物炭或者在竹节沟内施用0.5 kg/m2生物炭均可以明显提高土壤的入渗性，增加土壤肥力，促进植被生长；在甜柚坡地果园施用2.0 kg/m2生物炭+减少施肥量0%20%可以明显增加土壤的有效磷含量，并增加果树的产量。总之，施用适量的生物炭对于南方侵蚀劣地坡地和果园坡地的土壤均具有良好的改良效果。关键词:生物炭；红壤；坡地；土壤性质；改良效果 中图分类号：S156.6 文献标志码：A 文章编号：1001-8581（2023）01-0094-05Experimental Study on Improvement Effect of Biochar Application on Soil Properties of Red Soil Slope LandSHIFen-fen1,2,MOMing-hao1,2*,HUHao1,2,XUYan-xing3 （1.JiangxiAcademyofWaterConservancySciences,Nanchang330029,China;2.JiangxiProvincialKeyLaboratoryofSoilErosionandPrevention,Nanchang330029,China;3.JiangxiWaterResourcesInstitute,Nanchang330013,China）Abstract:InordertostudytheeffectofbiocharapplicationontheimprovementofsoilpropertiesofredsoilslopelandinsouthChina,threetypicalslopelandsoilswereselected,namely,theflatslopeofredsoilerosioninferiority,theZhujiegouslopeofredsoilerosioninferiorityandtheorchardofredsoilslopeland,andricehullbiocharwastakenasthesoilconditioner.Theresultsshowedthattheapplicationof1.0kg/m2biocharintheflatslopeofredsoilerosioninferiorityor0.5kg/m2biocharintheZhujiegouslopeofredsoilerosioninferioritycansignificantlyimprovethesoilinfiltration,increasethesoilfertility,andpromotethegrowthofvegetation.Theapplicationof2.0kg/m2biocharandreducing0%20%offertilizationamountinsweetpomeloslopeorchardcansignificantlyincreasesoilavailablephosphoruscontentandincreasefruityield.InConclusion,theapplicationofproperamountofbiocharhasagoodeffectonthesoilimprovementofredsoilerosioninferiorityandtheorchardofredsoilslopelandinsouthChina.Key words:Biochar;Redsoil;Slopingland;Soilproperty;Improvementeffect近年来，生物炭在改良土壤质量方面发挥了极大的优势1-3。生物炭是由植物等生物质材料在缺氧条件下经高温裂解产生的一类碳含量高的芳香化物质，在土壤中可以稳定存在几百年甚至上千年4。大量研究表明，施加生物炭可以有效降低土壤容重5、提高孔隙度6、缓解土壤酸化进程7、提高酸性土壤中碱性磷酸酶的活性、提高全磷及有效磷含量8、稳固土壤三相比例9、改善土壤团聚体结构10、提高土壤储水量11、提高田间持水率和有效水含量12、大幅提高农作物的产量并且维持高产稳产性13-14。因此，生物炭已被认定为良好的土壤改良剂15。红壤在我国主要分布于南方亚热带季风气候区，包括长江以南的赣、贵、粤、湘、滇、黔、浙和闽等地区，面积约为218万km2，占全国土地总面积的22.7。红壤区土地面积广，耕地多，承担着我收稿日期：2022-11-02基金项目：江西省科技厅重大科技研发专项“揭榜挂帅”制项目（20213AAG01012）；江西省技术创新引导类计划国家科技奖后备项目培育计划项目（20212ACI91011）；江西省教育厅科学技术研究项目（GJJ215907）。作者简介：石芬芬（1990），女，工程师，硕士，研究方向为水土保持。*通信作者：莫明浩。1 期95石芬芬等：施用生物炭对红壤坡地土壤性质改良效果的试验研究国生产粮食、油料、水果、林木、茶叶及水产品的重要任务，自古以来就是我国重要的农产品生产基地，如今更是我国农业可持续发展的重要保障16。但受亚热带高温多雨气候的影响，南方红壤长期被氧化淋溶，酸度过高，肥力过低，保肥保水性能差，因此选择合适的改良剂对红壤进行改良具有重要的现实意义。在我国南方红壤区，水稻秸秆和谷壳资源广泛，取材方便，为了充分利用这类废弃物，同时减少其燃烧带来的大气污染，本文选择稻壳炭进行土壤改良试验研究。1 试验设计施用生物炭改良红壤试验中所用的生物炭为稻壳炭，其基础理化性质如下：有机质含量为234.880g/kg，全氮含量为4.917g/kg，全磷含量为0.963g/kg，速效磷含量为128.855mg/kg，全钾含量为10.400g/kg，速效钾含量为740.160mg/kg，pH值为9.15。所用稻壳生物炭的机械组成如下：阳离子交换量为12.29cmol/kg，粘粒（粒径0.002mm，下同）含量为7.45%，粉粒（粒径0.0020.05mm）含量为2.13%，砂粒（粒径0.052.00mm）含量为90.42%。1.1 侵蚀劣地坡面试验在位于江西省九江市德安县的江西水土保持生态科技园，选择红壤侵蚀劣地平直坡面和竹节沟坡面样地进行生物炭改良土壤试验，其中平直坡面试验设置4个处理，竹节沟坡面试验设置5个处理，每个处理重复3次。各处理的生物炭施用量如表1所示。于2019年10月15日布设试验，2020年7月23日进行试验后的取样。表1 生物炭改良侵蚀劣地坡面试验设计 kg/m2试验类别处理生物炭施用量平直坡面试验A1（CK）0A20.25A30.50A41.00竹节沟坡面试验B1（CK1）0B20.25B30.50B41.00B5（CK2）0注：在竹节沟坡面试验中，空白对照CK1安排在竹节沟内，CK2安排在竹节沟外坡面。1.2 果园坡地试验在江西省赣州市南康区青塘小流域，选择4年生甜柚树（1年果龄）进行生物炭改良果园坡地红壤土和减量施肥的试验，共设置6个处理，每个处理重复3次，各处理的生物炭施用量和施肥比例见表2。2020年在果园共施肥5次，施用日期和肥料种类分别为1月5日冬春基肥、3月15日促花保果肥、4月10日稳果肥、5月15日一次膨大期肥、6月10日二次膨大期肥。每株果树施用生物有机肥（N+P2O5+K2O5%，有机质45%）5kg、硝硫基复合肥（总养分45%，硝态氮6%，N-P2O5-K2O14-5-26）1kg、花生壳肥2.5kg、钙镁磷肥（有效P2O512%）1kg；减量施肥处理的样地按比例减少施肥量。于2019年12月6日按试验设计施用生物炭，并在施用生物炭前进行本底土壤的取样。再于2020年8月11日进行试验后的取样。表2 生物炭改良果园坡地土壤和减量施肥的试验设计处理生物炭施用量/(kg/m2)施肥比例/%C1（CK）0100C21.0100C31.5100C42.0100C52.050C62.0802 土壤性质改良效果2.1 侵蚀劣地土壤改良效果2.1.1 平直坡面土壤改良效果 科技园侵蚀劣地平直坡面在进行生物炭试验后，4个处理的土壤理化性状及地上植被生物量如表3所示。从土壤物理性质来看，4个处理间土壤粘粒、粉粒、砂粒所占比例差异不大，均以粉粒所占比例最大，达40%左右，说明生物炭施用1年后对土壤的机械组成改变不明显。A3、A4处理的土壤容重显著小于A1对照的（P0.05，LSB法，下同），说明生物炭对土壤的容重有良好的降低效果，这与孙向春等5的试验结果“施用生物炭显著降低了土壤容重”相同；陈红霞等17的研究结果也表明生物炭对耕作层土壤容重有较好的降低作用，并且土壤容重随生物炭施入量的增加而逐步下降。就土壤的渗透系数而言，A2处理的均值最大，远大于对照A1的，且A4处理的均值也明显高于对照的，说明施用一定量的生物炭对土壤的入渗性能有一定的改善作用。就样地的生物量而言，A4处理的鲜重和干重分别是对照A1的2.62和3.09倍，说明施用生物炭可以显著增加样地植被的生物量。江 西 农 业 学 报35 卷96表3 侵蚀劣地平直坡面生物炭试验后不同处理的土壤理化性状及植被生物量处理有机质/(g/kg)全氮/(g/kg)全磷/(g/kg)碱解氮/(mg/kg)速效磷/(mg/kg)容重/(g/cm3)A113.060.300.760.040.220.0160.033.453.352.981.560.13A212.850.180.690.030.210.0354.474.062.140.371.640.07A313.770.490.800.010.223.2066.130.311.740.311.260.15A416.810.090.850.010.270.0269.682.182.580.591.430.06处理渗透系数/(mm/min)机械组成/%植被生物量/（g/m2）粘粒粉粒砂粒鲜重干重A10.990.5723.091.3039.983.3236.924.41279.4771.44A22.382.0521.622.1339.801.1338.592.50525.54144.16A30.480.2525.571.4542.721.3631.722.58203.6764.02A41.210.8221.930.2243.154.6934.924.64732.05221.02从土壤化学性质来看：施用生物炭在一定程度上降低了土壤的速效磷含量；A4处理的土壤有机质含量显著高于A1对照的，且该处理的土壤全氮、全磷和碱解氮含量均较对照有所提高；A3处理的土壤有机质、全氮和碱解氮含量也均高于对照的；而A2处理的土壤各养分含量均低于对照的。说明只有施用足量的生物炭才能达到改良土壤养分的效果。综上所述，在侵蚀劣地平直坡面上，A4处理（施用1.00kg/m2生物炭）可以明显提高土壤的入渗性，提升土壤的肥力，促进地上植被生长，能起到明显的土壤改良效果。2.1.2 竹节沟坡面土壤改良效果 从表4可以看出，3个生物炭处理的土壤机械组成（粘粒、粉粒、砂粒）所占比例相差不大，均为粉粒所占比例最大，占43%左右，同样说明生物炭施用1年后对土壤的机械组成改变不明显。B3处理的土壤容重显著小于竹节